專利名稱：智能感知道路led照明控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能感知道路LED照明控制器。
背景技術(shù)：
在道路照明領(lǐng)域，目前已有的技術(shù)文獻，大多介紹高壓鈉燈道路照明系統(tǒng)，控制策略上目前國內(nèi)大部分城市的道路照明管理系統(tǒng)仍在沿用簡單的定時控制方式。這些系統(tǒng)普遍存在著難以反饋路燈運行狀態(tài)信息、難以進行遠程控制等局限，基本沒有節(jié)電效果。LED光源與傳統(tǒng)的高壓鈉燈相比具有更高的節(jié)能效果，耗電量是同等照明效果下傳統(tǒng)光源的一半。在壽命方面LED光源通常壽命為50，000-100，000小時，可以瞬間啟動，并且支持連續(xù)調(diào)光。隨著半導體材料和工藝技術(shù)的日趨成熟,大功率LED的成本也將逐漸 得到控制，在國家節(jié)能減排政策的大背景下，其應用的廣度和深度會越來越大。以120w的LED路燈和250w傳統(tǒng)高壓鈉燈進行測算，單盞路燈的年節(jié)約運行費用為650元左右。目前我國城市道路照明共有2000多萬只以上的路燈，每年新增路燈150萬以上，如果該增量部分全部換成LED路燈，每年可節(jié)點約30億kwh以上。在對天津市團泊新城西區(qū)北華路進行經(jīng)濟評價后，結(jié)果表明使用LED路燈初始投資是高壓鈉燈的I. 12倍，兩年后LED路燈的總花費與高壓鈉燈總花費相比較就處于盈利的階段，加之LED路燈的維護費用要小于高壓鈉燈，其使用壽命又遠遠大于高壓鈉燈，所以以多年計算兩者費用，LED路燈項目的優(yōu)勢非常明顯。公開號CN102307414A專利《基于測定車流量的智能路燈系統(tǒng)》提出一種測定車流量的智能路燈系統(tǒng)，實現(xiàn)了道路照明中有車即亮、無車即熄的功能，該專利優(yōu)點在于具有車輛感應效果，缺點是只能對單個路燈調(diào)節(jié)，只有在車行駛至該節(jié)點時，路燈才能亮起，且路燈只有打開與關(guān)閉兩種狀態(tài)。公開號CN102307419A專利《基于車流量的道路照明調(diào)光控制系統(tǒng)》，提出了使用單燈調(diào)光控制器采集車流量，集中控制器收集流量信息，根據(jù)車流量改變路燈亮度。缺點在于僅依靠車流量判斷，若車流量進行不規(guī)則變化，路燈亮度調(diào)節(jié)頻繁影響使用壽命。公開號CN202014396U專利《道路照明燈具智能節(jié)電開關(guān)控制器》優(yōu)點在于可以根據(jù)不同的區(qū)域、氣候和季節(jié)以及不同道路的實際情況來選擇控制器的開關(guān)燈時間，提出了季節(jié)控制的思想，但缺點是仍舊不確定光照條件是否滿足要求；公開號CN201230391Y專利《LED路燈分時段控制裝置》，把一天24小時分為若干時間段，不同的時段產(chǎn)生不同寬度的脈沖，脈沖控制驅(qū)動電路點亮LED燈，優(yōu)點在于引入LED路燈亮度多級控制和分時段概念，缺點在于缺乏集中控制。公開號CN101861027A專利《路燈智能化集中控制系統(tǒng)》，提出了利用主從節(jié)點實現(xiàn)集中控制，實現(xiàn)對照明終端的整體控制、局部控制和單體控制，對每個終端照明的全亮、半亮、熄滅三種狀態(tài)的控制，但缺乏有效的控制策略，智能化程度不高。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的智能感知道路LED照明控制器是一種針對道路照明進行智能化控制，以節(jié)能降耗，按需照明為目的的智能感知道路LED照明控制器。[0006]本實用新型提出的智能感知道路ELD照明控制器，由區(qū)域回路控制器(LTU) 22和現(xiàn)場節(jié)點控制器(RTU) 23組成，其中區(qū)域回路控制器22由第一電源模塊I、第一控制核2、第一時鐘模塊3、第一人機交互模塊4、控制模式選擇5、第一系統(tǒng)設(shè)置模塊6、第一診斷接口 7、第一通信模塊8、交通信息采集模塊9、外部信息采集模塊10和第一顯示模塊接口 11組成，第一控制核2分別與第一人機交互模塊4、控制模式選擇5和第一系統(tǒng)設(shè)置模塊6進行雙向連接，第一控制核2的輸入端分別與第一時鐘模塊3、交通信息采集模塊9和外部信息采集模塊10的輸出端連接，第一控制核2的輸出端分別連接第一顯示模塊接口 11和第一診斷接口 7的輸出端連接，第一控制模式選擇5與第一通信模塊8進行雙向連接，第一控制核2、第一時鐘模塊3、第一人機交互模塊4、控制模式選擇5、第一系統(tǒng)設(shè)置模塊6、第一診斷接口 7、第一通信模塊8交通信息采集模塊9、外部信息采集模塊10和第一顯示模塊接口 11分別連接第一電源模塊I ;第一電源模塊I輸出兩檔電源電壓+5V和+3. 3V，第一電源模塊I的+5V輸出端分 別連接第一控制核2、第一時鐘模塊3、第一人機交互模塊4、控制模式選擇5、第一系統(tǒng)設(shè)置模塊6、第一診斷接口 7、第一通信模塊8和交通信息采集模塊9和第一顯示模塊接口 11的電源端，第一電源模塊I的+3. 3V輸出端連接外部信息采集模塊10的電源端；交通信息采集模塊9輸出電平通過GPIO 口送入第一控制核2中，外部信息采集模塊10通過I2C總線連接至第一控制核2的I2C內(nèi)置模塊上；控制模式選擇5連接第一控制核2的UARTO模塊引腳，第一系統(tǒng)設(shè)置模塊6連接第一控制核2的UARTl模塊引腳；第一控制核2的UARTl使用內(nèi)置定時器通過GPIO 口產(chǎn)生PWM波，連接至第一人機交互模塊4的PWM輸入端；控制模式選擇5的TX和RX腳分別連到第一通信模塊8的RX和TX腳，用于與現(xiàn)場節(jié)點控制器進行數(shù)據(jù)通信；現(xiàn)場節(jié)點控制器23由第二電源模塊12、第二控制核13、第二時鐘模塊14、LED調(diào)光模塊15、第二人機交互模塊20、控制接口 16、第二系統(tǒng)設(shè)置模塊17、第二診斷接口 18、第二通信模塊19和第二顯示模塊接口 21組成，第二控制核13分別與LED調(diào)光模塊15、控制接口 16和第二系統(tǒng)設(shè)置模塊17進行雙向連接，第二控制核13的輸入端分別與第二時鐘模塊14、第二人機交互模塊20的輸出端連接，第二控制核13的輸出端分別連接第二顯示模塊接口 21和第二診斷接口 18的輸出端連接，控制接口 16與第二通信模塊19進行雙向連接，第二控制核13、第二時鐘模塊14、LED調(diào)光模塊15、第二人機交互模塊20、控制接口 16、第二系統(tǒng)設(shè)置模塊17、第二診斷接口 18、第二通信模塊19和第二顯示模塊接口 21分別連接第二電源模塊12 ；第二電源模塊12輸出兩檔電源電壓+5V和+3. 3V，+5V輸出端分別連接微第二控制核13，第二時鐘模塊14、LED調(diào)光模塊15、控制接口 16、第二系統(tǒng)設(shè)置模塊17、第二診斷接口 18、第二通信模塊19和第二顯示模塊接口 21的電源端，+3. 3V輸出端連接第二人機交互模塊20的電源端；第二人機交互模塊20輸出電平通過GPIO 口送入第二控制核12中，第二人機交互模塊20通過I2C總線連接至第二控制核12的I2C內(nèi)置模塊上；控制接口 16連接第二控制核12的UARTO模塊引腳上；[0017]第二系統(tǒng)設(shè)置模塊17連接第二控制核12的UARTl模塊引腳上；第二控制核12的UARTl使用內(nèi)置定時器通過GPIO 口產(chǎn)生PWM波，連接至LED調(diào)光模塊15的PWM輸入端；控制接口 16的TX和RX腳連到第二通信模塊19的RX和TX腳，用于與驅(qū)動回路控制器進行數(shù)據(jù)傳輸；所述現(xiàn)場節(jié)點控制器23的第二通信模塊19與區(qū)域回路控制器22的第一通信模塊8進行雙向無線連接，所述現(xiàn)場節(jié)點控制器23的個數(shù)視具體情況而定，每個現(xiàn)場節(jié)點控制器23連接相應的LED照明器。本實用新型中，所述交通信息采集模塊9包括車輛采樣傳感器模塊，所述車輛采樣傳感器模塊由感應線圈，或者紅外線傳感器或聲納傳感器來采樣車輛的通過信息。 本實用新型中，所述外部信息采集模塊10采用照度計。本實用新型所述的智能感知道路LED照明控制器用于道路照明現(xiàn)場，每個路段由I個區(qū)域回路控制器和若干個現(xiàn)場節(jié)點控制器構(gòu)成，每個現(xiàn)場節(jié)點控制器對應一個LED照明器，相鄰路段的區(qū)域回路控制器之間采用點對點通信，可以借助通過有線(如RS485、Modbus、CAN等)或無線(WIFI、GPRS等)通信方式進行數(shù)據(jù)交換。LTU與各RTU之間采用主從式控制結(jié)構(gòu)，LTU為主控制器，RTU為從控制器，由LTU根據(jù)控制策略控制該路段的各RTU。本實用新型的控制器控制策略的典型特點是“即時照明-Lighting just intime”，由以下五種控制模式構(gòu)成。(I)正常模式依據(jù)當前的天氣、光照時間以及光照度數(shù)據(jù)，由LTU設(shè)定各RTU的照度調(diào)節(jié)分級(如高、中、低、關(guān)閉四檔)和開啟/關(guān)閉時間，并隨之依據(jù)當前的車輛位置、車流量、車速以及行車方向調(diào)節(jié)LED路燈的照度，以保證每輛車行駛前方和后方一定數(shù)目的LED路燈保持高照度，而其他LED保持基本照度。依據(jù)道路段的連接情況在相鄰LTU之間交換照明控制數(shù)據(jù)，形成多路段的路燈照度聯(lián)控。(2)節(jié)假日模式依據(jù)當前的政策數(shù)據(jù)、天氣、光照時間以及光照度數(shù)據(jù)，由LTU設(shè)定RTU所管轄的LED路燈的照度調(diào)節(jié)分級和調(diào)節(jié)時間段，如前半夜全功率照明，后半夜半功率照明等。(3)緊急模式根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定發(fā)送信號給LTU，并控制相關(guān)RTU保持相關(guān)路段的LED路燈全亮或全滅。(4)維修模式根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定，由人工控制LTU和RTU進行單盞LED路燈的開關(guān)。(5)自定義模式根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定，通過一定的編程方法設(shè)定LTU參數(shù)，并控制RTU按照設(shè)定程序進行LED路燈照明控制。本實用新型中，其控制體系結(jié)構(gòu)如附圖
I所示。 (I) RTU接收LTU照明控制指令，輸出恰當?shù)腖ED照明功率，對LED路燈進行分級照度控制。LED路燈具體照度數(shù)值、LED路燈間的照度切換與當前車輛車速實時相關(guān)，即車速越快，前向的高照度LED路燈就越多，前向高照度道路長度就越長。在網(wǎng)絡故障情況下，RTU保持LED路燈高照度輸出；(2) LTU與RTU采用主從式控制結(jié)構(gòu)，由一個LTU控制一個路段的多個RTU，依據(jù)道路照明控制策略輸出RTU照明控制指令，從而對高路段的LED路燈照度實施控制；(3) LTU與LTU采用點對點控制結(jié)構(gòu)，在跨路段連接處，為保證照明效果的連續(xù)性，LTU之間傳遞交通信息和道路照明控制信息，實施路段間的LED路燈聯(lián)控。LTU負責采集道路路段政策數(shù)據(jù)、天氣、光照時間、光照度等外部數(shù)據(jù)以及車輛位置、車流量、車速等實時交通信息數(shù)據(jù)。LTU之間可以采用有線(如RS485、Modbus、CAN等)或無線(WIFI、GPRS等)通信方式進行數(shù)據(jù)通信。圖I系統(tǒng)性地展示了多行駛車輛的多路段照明聯(lián)控。其中24為第一路段，25為第二路段，26為第三路段，每個路段都有一個區(qū)域回路控制器和多個現(xiàn)場節(jié)點控制器。可以看出(I)第一路段，當前只有I輛汽車車輛行駛。依據(jù)當前車速，車所在位置的現(xiàn)場節(jié)點控制器控制的LED路燈、前方和后方現(xiàn)場節(jié)點控制器控制的LED路燈均高照度，第一路段上無車的其余LED路燈均低照度。(2)第三路段，當前只有I輛汽車行駛，但是該汽車靠近路口，無法判斷該汽車的去向，因此，該車所在位置的LED路燈以及前向(包括轉(zhuǎn)向后的各路段)的LED路燈均高照度。顯然，此時第二路段上的LTU需要與第三路段上的LTU進行數(shù)據(jù)同時，促使第三路段上 的LTU輸出該路段路口處的LED路燈的高照度控制信號。需要注意的是，上述工作狀態(tài)是處于正常工作模式下的智能感知LED照明控制方案。I.道路照明控制策略該控制器控制策略的典型特點是“Lighting just in time”,由以下五種控制模式構(gòu)成(I)正常模式該控制策略更好地體現(xiàn)“即時照明”思想。依據(jù)當前的天氣、光照時間以及光照度數(shù)據(jù)，由LTU設(shè)定RTU的照度調(diào)節(jié)分級(如高、中、低、關(guān)閉四檔)和開啟或關(guān)閉時間，并隨之依據(jù)當前的車輛位置、車流量、車速調(diào)節(jié)各盞或各段LED的照度，以保證每輛車行駛前方和后方一定數(shù)目的LED路燈保持高照度，而其他LED保持基本照度。依據(jù)道路段的連接情況在LTU之間交換數(shù)據(jù)，形成多路段的路燈照度聯(lián)控。這種策略在午夜間車流量不多的情況下特別有效。若發(fā)現(xiàn)有車輛正在通過路段，調(diào)整當前路段路燈亮度，并引入對下一路段預判機制。道路設(shè)有車輛感應裝置，用于感應車輛位置、車速，估計車流量，通過傳感裝置將數(shù)據(jù)采集到LTU中，采用正常模式的控制策略，選擇在車輛未行至前，提前調(diào)整前向一定數(shù)量的路燈和后向一定數(shù)量的路燈進行高照度控制輸出，其余路燈低照度控制輸出，車輛行駛過的地方恢復原先亮度。如果車輛發(fā)生調(diào)轉(zhuǎn)，可在新方向下一節(jié)點位置判斷出方向改變，進而改變亮燈方向。在一段時間內(nèi)若回路中檢測不到車輛通過，自動恢復低等亮度狀態(tài)。上述工作模式還需要依據(jù)外部數(shù)據(jù)政策數(shù)據(jù)、天氣、光照時間以及光照度數(shù)據(jù)，進行正常模式的啟?？刂?。由于每個城市的經(jīng)緯度不同，所以它們的日出日落時間也不相同，即使同一個地方每天的日出日落時間也會發(fā)生變化。首先按照日出日落時間算法根據(jù)城市的經(jīng)緯度算出日出日落時間，并存在對應的數(shù)據(jù)表中，以供未來查詢和提值。例如以上海道路狀況為研究對象，可以根據(jù)上海的地理位置(東經(jīng)121° 4'，北緯31° 2')來確定日出日落時間。光控部分則要求開關(guān)燈時滿足一定的照度水平，所執(zhí)行的標準將開燈照度水平設(shè)置到15Lx，關(guān)燈照度水平設(shè)置到30-20LX。在日出的時候，照度值有可能還沒有達到30-20LX，這時如果關(guān)燈，將對交通造成不堪的后果。在日落的時候，照度值還遠遠大于15Lx，這時開燈，必然使得電能浪費。通過時控光控結(jié)合的方法，既能節(jié)能又能保證路面的正常照度，使得路面能夠達到流暢與安全。同時，還需要道路類型不同設(shè)置不同的照度等級。根據(jù)《城市道路設(shè)計規(guī)范》CJJ37-90對城市道路的分類，并結(jié)合道路照明本身的特點，將城市機動車道路照明按快速路與主干路、次干路、支路分為三級。根據(jù)《城市道路照明設(shè)計標準》，這三種道路的標準照度值如下表所示。
權(quán)利要求1.一種智能感知道路LED照明控制器，其特征在于由區(qū)域回路控制器(22)和現(xiàn)場節(jié)點控制器(23)組成，其中 區(qū)域回路控制器(22)由第一電源模塊(I)、第一控制核(2)、第一時鐘模塊(3)、第一人機交互模塊(4)、控制模式選擇(5)、第一系統(tǒng)設(shè)置模塊(6)、第一診斷接口(7)、第一通信模塊(8)、交通信息采集模塊(9)、外部信息采集模塊(10)和第一顯示模塊接口((I) (I))組成，第一控制核(2)分別與第一人機交互模塊(4)、控制模式選擇(5)和第一系統(tǒng)設(shè)置模塊(6)進行雙向連接，第一控制核(2)的輸入端分別與第一時鐘模塊(3)、交通信息采集模塊(9)和外部信息采集模塊(10)的輸出端連接，第一控制核(2)的輸出端分別連接第一顯不模塊接口(11)和第一診斷接口(7)的輸出端，第一控制模式選擇(5)與第一通信模塊(8)進行雙向連接，第一控制核⑵、第一時鐘模塊(3)、第一人機交互模塊⑷、控制模式選擇(5)、第一系統(tǒng)設(shè)置模塊￠)、第一診斷接口(7)、第一通信模塊(8)和交通信息采集模塊(9)、外部信息采集模塊(10)和第一顯示模塊接口((I)(I))分別連接第一電源模塊(I)； 第一電源模塊(I)輸出兩檔電源電壓+5V和+3. 3V，第一電源模塊(I)的+5V輸出端分別連接第一控制核(2)、第一時鐘模塊(3)、第一人機交互模塊(4)、控制模式選擇(5)、第一系統(tǒng)設(shè)置模塊(6)、第一診斷接口(7)、第一通信模塊(8)和交通信息采集模塊(9)和第一顯不模塊接口(11)的電源端，第一電源模塊(I)的+3. 3V輸出端連接外部信息米集模塊(10)的電源端； 第一車輛米樣傳感器模塊(9)輸出電平通過GPIO 口送入第一控制核(2)中,夕卜部信息采集模塊(10)通過I2C總線連接至第一控制核(2)的I2C內(nèi)置模塊上； 控制模式選擇(5)連接第一控制核(2)的UARTO模塊引腳，第一系統(tǒng)設(shè)置模塊(6)連接第一控制核⑵的UARTl模塊引腳； 第一控制核(2)的UARTl使用內(nèi)置定時器通過GPIO 口產(chǎn)生HVM波，連接至第一人機交互模塊⑷的PWM輸入端； 控制模式選擇(5)的TX和RX腳分別連到第一通信模塊(8)的RX和TX腳，用于與現(xiàn)場節(jié)點控制器進行數(shù)據(jù)通信； 現(xiàn)場節(jié)點控制器(23)由第二電源模塊(12)、第二控制核(13)、第二時鐘模塊(14)、LED調(diào)光模塊(15)、第二人機交互模塊(20)、控制接口(16)、第二系統(tǒng)設(shè)置模塊(17)、第二診斷接口(18)、第二通信模塊(19)和第二顯示模塊接口(21)組成，第二控制核(13)分別與LED調(diào)光模塊(15)、控制接口(16)和第二系統(tǒng)設(shè)置模塊(17)進行雙向連接，第二控制核(13)的輸入端分別與第二時鐘模塊(14)、第二人機交互模塊(20)的輸出端連接，第二控制核(13)的輸出端分別連接第二顯示模塊接口(21)和第二診斷接口(18)的輸出端連接，控制接口(16)與第二通信模塊(19)進行雙向連接，第二控制核(13)、第二時鐘模塊(14)、LED調(diào)光模塊(15)、第二人機交互模塊(20)、控制接口(16)、第二系統(tǒng)設(shè)置模塊(17)、第二診斷接口(18)、第二通信模塊(19)和第二顯示模塊接口(21)分別連接第二電源模塊(12)；第二電源模塊(12)輸出兩檔電源電壓+5V和+3. 3V，+5V輸出端分別連接微第二控制核(13)，第二時鐘模塊(14)、LED調(diào)光模塊(15)、控制接口(16)、第二系統(tǒng)設(shè)置模塊(17)、第二診斷接口(18)、第二通信模塊(19)和第二顯示模塊接口(21)的電源端，+3. 3V輸出端連接第二人機交互模塊(20)的電源端； 第二人機交互模塊(20)輸出電平通過GPIO 口送入第二控制核(12)中，第二人機交互模塊(20)通過I2C總線連接至第二控制核(12)的I2C內(nèi)置模塊上； 控制接口 (16)連接第二控制核(12)的UARTO模塊引腳上； 第二系統(tǒng)設(shè)置模塊(17)連接第二控制核(12)的UARTl模塊引腳上； 第二控制核(12)的UARTl使用內(nèi)置定時器通過GPIO 口產(chǎn)生PWM波，連接至LED調(diào)光模塊(15)的PWM輸入端； 控制接口(16)的TX和RX腳連到第二通信模塊(19)的RX和TX腳，用于與驅(qū)動回路控制器進行數(shù)據(jù)傳輸； 所述現(xiàn)場節(jié)點控制器(23)的第二通信模塊(19)與區(qū)域回路控制器(22)的第一通信模塊⑶進行雙向無線連接，每個現(xiàn)場節(jié)點控制器(23)連接相應的LED照明器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能道路LED照明控制器，其特征在于所述交通信息采集模塊(9)包括車輛采樣傳感器模塊，所述車輛采樣傳感器模塊由感應線圈，或者紅外線傳感器或聲納傳感器來采樣車輛的通過信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能道路LED照明控制器，其特征在于所述外部信息采集模塊(10)采用照度計。
專利摘要本實用新型涉及一種智能感知道路LED照明控制器。由區(qū)域回路控制器和現(xiàn)場節(jié)點控制器組成，區(qū)域回路控制器由電源模塊、控制核、時鐘模塊、人機交互模塊、控制模式選擇、系統(tǒng)設(shè)置模塊、診斷接口、通信模塊、交通信息采集模塊、外部信息采集模塊和顯示模塊接口組成，現(xiàn)場節(jié)點控制器由電源模塊、控制核、時鐘模塊、LED調(diào)光模塊、人機交互模塊、控制接口、系統(tǒng)設(shè)置模塊、診斷接口、通信模塊和顯示模塊接口組成，所述現(xiàn)場節(jié)點控制器與區(qū)域回路控制器進行雙向無線連接，每個現(xiàn)場節(jié)點控制器連接相應的LED照明器。本實用新型基根據(jù)車輛位置對與車輛行駛相關(guān)的路段路燈進行亮度控制，不影響其他路段路燈，可大大減少能源消耗。LED路燈具體照度數(shù)值、LED路燈間的照度切換與當前車輛車速實時相關(guān)。
文檔編號H05B37/02GK202634836SQ20122029742
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者張志明, 許維勝, 余有靈, 王翠霞 申請人:同濟大學